[发明专利]基于静止图像的流体视频合成方法

说明书

技术领域

本发明是一种图像处理技术领域的合成方法，具体是一种基于静止图像的流体视频合成方法。

背景技术

流体主要是指自然界里的水流、瀑布、烟雾等现象，流体视频动画合成是目前计算机视觉领域中的一个研究热点，在数字娱乐和气象预测领域都有很广阔的应用前景。人们不仅需要形象的真实感，也需要运动的真实感。而真实运动的复杂度往往使得人们难以用一些过程表述，这个时候只有借助于真实世界的物理规律才能得以体现。真实的背后就是物理，物理描述了物体如何运动、如何动作以及它们之间如何相互影响。  然而，一方面，这个世界的有些物理规律本身很复杂，对于现象的物理描述并不是很好，这些对应的学科发展也尚不成熟，因此也很难建立一个比较完善的物理模型；另一方面，即使存在一个模型可供利用，但由于计算的复杂度导致直接应用的困难。现有的图像或者动画编辑以及合成方法很难满足场景多样化的需求。因此需要一种新的流体视频合成技术来解决视频或者动画场景多样、灵活变化的问题。

经对现有技术的文献检索发现，Klingner等在《ACM Siggraph》(全球计算机图形与交互技术大会)(2006年第820-825页)上发表的“Fluid Animation withDynamic Meshes”(基于动态网格的流体动画)，该文中提出采用四面体的网格来模拟流体的动作，具体方法为应用非结构化的四面体网格来模拟流体，这些四面体在模拟的每个时间段都会发生变化，这种方法可以使得流体边界的变化更加自然，计算量可以集中在流体视觉变化明显的区域。其不足在于：该方法虽然在细节上改变了流体模拟的过程，但本质上仍然是基于物理的单纯图形学流体模拟，计算量仍然很大，初始条件一旦确定就不能再改变，不能适应场景多变的要求。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题和不足，提出了一种基于静止图像的流体视频合成方法。本发明对静止流体图像进行编辑得到流体视频，应用方便，通用性强，视频合成的计算量小，可以方便的编辑加工包含流体的静止图像。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：

第一步，建立包括对流、发散、旋转、平移和水波基本形态的三维流体模型；

第二步，将要编辑的包含流体的静止图像运用抠图分割技术将待编辑的流体部分分离出来；

第三步，流体部分分离出来后，用图像补绘技术填补流体和背景的间隙；

第四步，将第一步建立的三维流体模型投影到分割的图像中，将得到的视频序列和补绘后得到的背景图像进行合成生成新的视频序列，将这些新的视频序列进行最终的动态融合得到连续的流体动画视频。

所述的建立包括对流、发散、旋转、平移和水波基本形态的三维流体模型，具体为：以流体力学理论为基础，对各种基本形态和基本的流体等进行理论建模。对于基本形态如对流、发散、旋转、平移和水波等在基本的NS(Navier-Stokes)方程的基础上进行建模。对于速度场的构建认为流体是不可压缩和非粘性的，这里的速度场是三维的，按照极坐标来表示。将这些基本的速度场进行叠加就可以建立更加复杂和灵活的速度场。

对流(这里u代表速度，ρ为密度，υ是粘性扩散率，p为压力，是方向导数而F是外力)

∂u∂t=-(u·▿)u-1ρ▿p+υ▿2u+F---(1)]]>

发散(φ是流体的势，速度场u＝(u_r，u_θ，u_z)^T，(r，θ，z)为极坐标)